En alwéér moet je je mobiele telefoon opladen. Het lijkt erop dat de batterijen in onze mobieltjes veel te snel opraken door al dat smsen, tweeten en mailen.
En dat terwijl we een potentiële stroombron gewoon onder onze voeten hebben. Bij elke voetstap die je zet, gaat zo’n tien watt aan energie verloren. Kleine elektronica zoals mobiele telefoons, laptops en mp3-spelers hebben een vermogen tussen de één en vijftien watt.
Waarom zouden we die ‘gratis’ energie uit onze voetstappen niet inzetten om zulke apparaten van stroom te voorzien?
Natte stroom
Dat is precies het idee waarmee wetenschappers sinds een jaar of tien aan het experimenteren geslagen zijn. Maar tot nu toe kun je de pogingen nog niet al te succesvol noemen. Met bijvoorbeeld kleine nanogeneratoren of rubberen plaatjes van piëzo-elektrische materialen wordt hoogstens een paar milliwatt opgewekt. Maar daar komt mogelijk verandering in dankzij Tom Krupenpin en Ashley Taylor van de Universiteit van Wisconsin in Madison (VS). De twee techneuten hebben een systeem in je schoen voor ogen waarmee je tot wel 10 watt aan vermogen kunt genereren uit je voetstap.
De basis van hun systeem is een techniek genaamd ‘electrowetting’. Simpel gezegd houdt dit in dat je de vorm van een geleidende vloeistofdruppel verandert door middel van een elektrische spanning. De kans is groot dat je onbewust al vaak gebruik maakt van electrowetting. Fotocamera’s en mobiele telefoons bevatten vaak vloeibare lenzen, waarbij met een stroom de vorm van de lens aangepast wordt, bijvoorbeeld om in te zoomen. Krupenpin en Taylor hebben nu precies de omgekeerde vorm van electrowetting gebruikt: elektrische stroom opwekken door een druppeltje van vorm te laten veranderen.
Induwen geeft stroom
Deze week beschrijven de twee in het blad Nature Communications een eerste prototype van hun systeem. Op een geleidende ondergrond legden ze de vloeibare druppeltjes. Daarbovenop plaatsten ze een metalen elektrode die bedekt was met een niet-geleidende coating van 10 tot 50 nanometer dik.
In feite heb je dan een condensator met een vloeibare elektrode en een metalen elektrode, die 10 tot 50 nanometer van elkaar gescheiden zijn. Duwden de onderzoekers hierop, zodat de vloeistofdruppeltjes samenpersten, dan ging de spanning over de elektrodes omhoog en konden de onderzoekers de opgewekte stroom aftappen.
Ze hebben verschillende soorten druppels getest, maar kwik en een vloeibare legering genaamd Galinstan gaven de beste resultaten. De voorkeur gaat uit naar Galinstan, dat vaak in thermometers wordt gebruikt, omdat het – in tegenstelling tot kwik – niet giftig is.
Het bleek dat de opgewekte stroom toenam met het aantal vloeistofdruppels. Krupenkin en Taylor experimenteerden met maximaal 150 druppels, wat leidde tot enkele milliwatts aan energie. Maar volgens de onderzoekers is het systeem simpel op te schalen. Een systeem van 1000 druppels, wat nog altijd makkelijk in een schoenzool past, zou volgens de onderzoekers zo’n 10 watt aan vermogen kunnen genereren. Een rondje door het park wandelen is dan voldoende om je telefoon weer op te laden.
Usb-schoen?
Zoals gezegd hebben Krupenkin en Taylor nu een prototype in het laboratorium gemaakt, maar de volgende stap is om de technologie in een schoenzool te passen. Dit denken ze binnen twee jaar klaar te hebben. Ze hebben inmiddels het bedrijfje ‘InStep NanoPower’ opgericht om hun eventuele product te kunnen commercialiseren.
Blijft nog een belangrijke vraag open. Hoe ga je de energie die je schoen opwekt gebruiken om je mobiele telefoon op te laden? Steek je binnenkort een usb-stick in je schoenzool? Daar moeten de onderzoekers nog iets op vinden. Een alternatief is altijd nog om de schoenzool als een soort radio te gebruiken die de signalen tussen telefoon en zendmasten stuurt en ontvangt. Aangezien radiocommunicatie de meeste energie slurpt van je batterij, is hier veel mee te besparen. Je batterij zou dan al tien keer langer meegaan, denkt Krupenpin. En dat zou in ieder geval al een hoop frustratie schelen.
Bron:
- T. Krupenpin & A. Taylor, Reverse electrowetting as a new approach to high-power energy harvesting, Nature Communications (23 augustus 2011) DOI:10.1038/ncomms1454